JP5113008B2 - パターン形成方法およびデバイスの形成方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、インクジェット法によって吐出できるインクは低粘度で広がりやすく、細線パターンを描画することは困難であった。また、インクの乾燥後の形状は、液の縁部と中央部での蒸発速度の不均一によるコーヒーステイン現象が起こり、縁部に粒子が堆積し、中央部との膜厚不均一が生じるという問題点がある。そこで、膜厚不均一を抑制するための製膜方法が提案されている(特許文献1参照)。
また、本発明において、前前記蒸発速度を遅くさせる第3の工程は、前記乾燥体の湿度を上昇させる工程を備えることが好ましい。
さらにまた、本発明において、前記第2の工程における液体材料の滴下密度は、前記第4の工程における液体材料の滴下密度と異なることが好ましい。
また、本発明において、前記パターン形成材料は、金属、前記金属の酸化物または合金の微粒子であることが好ましい。
また、本発明において、前記金属は、金、銀、銅、白金、ニッケル、パラジウムまたはスズであることが好ましい。
前記部分は、例えば、配線パターンである。
本発明のデバイスによれば、デバイスの小型化や薄膜化を可能にし、かつ断線や短絡等の不良が生じにくい。
本発明の電子機器によれば、電子機器の小型化や薄膜化を可能にし、かつ断線や短絡等の不良が生じにくい。
本発明は、基板を加熱し、この加熱された状態の基板上に、パターン形成材料を分散または溶解させた液体材料を滴下して、乾燥させる。そして、液体材料を基板に滴下させたとき、蒸発速度が加熱された基板に液体材料を滴下させたときよりも遅くさせる。そして、液体材料が乾燥してなる乾燥体上に、さらに、液体材料を滴下することにより、パターンを形成するものである。
ここで、図1は、縦軸に線幅をとり、横軸に基板温度をとって、基板上の乾燥体の線幅の基板温度の依存性を示すグラフである。
本発明者は、まず、液体材料を基板上に滴下したときの液体材料の濡れ広がり性について調べた。この結果、図1に示すように、基板温度が高い程、溶媒の蒸発が促進され線幅が細くなることが分かった。基板温度が高いほど、広がり抑制の効果がある。
図1に示すプロットのうち、基板温度25℃、基板温度60℃の基板に液体材料を滴下し、乾燥させて乾燥体とした後の断面形状を測定した。その結果を図2(a)、(b)に示す。
図2(a)、(b)に示すように、基板温度が高い程、溶媒の対流が促進され、乾燥体における断面の高低差は大きくなり、幅方向の端部が高くなり、断面形状が略凹状になった。
このような温度域のままで、例えば、図2(a)に示す断面形状を有する乾燥体に、再度、液体材料を滴下した。すなわち、基板温度が60℃のままで、乾燥体に、再度液体材料を滴下し、乾燥させた。
この場合、図3(a)に示すように、乾燥体の凹部に更に凹部が形成され、断面形状が矩形にはらならない。
次に、基板温度25℃で液体材料を滴下したときの乾燥体(図2(b))に、基板温度25℃のままで、再度、液体材料を滴下し、乾燥させた。この場合、図3(b)に示すように、凹部に更に凹部が形成されることなく、断面形状が矩形状に近づくことが分かった。
このように、基板温度一定のままで、再度、液体材料を滴下した場合、基板温度が高く、線幅の細いものほど、再度滴下した後の断面形状が矩形から離れてしまうことを本発明者は見出した。
そこで、再度滴下する液体材料の蒸発量を調整するために、基板温度以外に、液体材料を滴下する周囲の湿度を調節することにより、再度滴下した後の断面形状を矩形状に近づけることができることが分かった。
本発明においては、初めに液体材料を滴下する温度よりも低い温度で、次に、液体材料を滴下することにより、次に滴下する液体材料が乾燥したときに生じる高低差を軽減し、より矩形に近い断面を有するパターンを形成することができる。
さらには、本発明においては、初めに液体材料を滴下する温度よりも、高い湿度の環境で、次に、液体材料を滴下することにより、次に滴下する液体材料が乾燥しにくくなり、乾燥により生じる高低差を軽減し、より矩形に近い断面を有するパターンを形成することができる。
形成条件は、吐出周波数を1.7kHzとし、打滴ピッチを60μmとし、吐出速度を10m/秒とし、ヘッドと基板との距離を0.5mmとした。
また、図1に示す板上の乾燥体の線幅、図2(a)、(b)および図3(a)、(b)に示す断面プロファイルは、キーエンス製 超深度カラー3D形状測定顕微鏡VK−9510を用いて測定した。
図4は、本発明の実施形態に係るパターン形成方法に用いられるパターン形成装置の一例を示す模式図である。
図4に示すパターン形成装置10は、1対のガイド12a、12bと、ステージ14と、駆動部16と、ヒータ18と、冷却ユニット20と、温度調節部22と、吐出部(吐出手段)24と、制御部26とを有する。
制御部26は、吐出部24、駆動部16および温度調節部22に接続されており、これらを制御するものである。
ガイド12a、12bの間にはヒータ18が設けられており、このヒータ18とX方向において所定の間隔をあけて、冷却ユニット20が設けられている。
ガイド12a、12bの上方には、吐出部20が、ヒータ18と冷却ユニット20との間の間隔に整合するように配置されている。このガイド12a、12bには、例えば、直動ガイドが用いられる。
このステージ14には、X方向に移動可能な移動機構(図示せず)が設けられている。この移動機構には、駆動部16が設けられており、この駆動部16を介してステージ14はX方向に移動させられる。制御部26により、駆動部16を介してステージ14が移動される。
駆動部16は、直動ガイド上のものを動かすことができるものであれば、その構成は、特に限定されるものではない。
本実施形態においては、吐出部24から、後述するように基板30の表面30aに所定のパターン状にインクが吐出される。このため、駆動部16は、パターンを形成することができる移動分解能を有する。
ヒータ18上にステージ14が配置されて、ステージ14とともに基板30が、所定の温度に加熱され、その温度に保持される。
この冷却ユニット20は、温度調節部22に接続されており、この温度調節部22により、冷却ユニット20の温度が調節される。また、冷却ユニット20が冷却ファンを有する場合、冷却ファンの回転数などが調節される。
冷却ユニット20上にステージ14が配置されて、ステージ14とともに基板30が、所定の温度に冷却され、その温度に保持される。
本実施形態においては、制御部26により、ヒータ18および冷却ユニット20の温度が温度調節部22を介して調節される。これにより、基板30の温度が所定の温度にされる。
インクジェットヘッドとしては、例えば、圧電方式、サーマル方式、静電アクチュエータ方式、および静電吸引方式等の種々の方式のインクジェットヘッドを用いることができる。
また、吐出部24は、ディスペンサでもよい。このディスペンサは、インクジェットよりも吐出量が多く、より大きなパターンを形成することができる。
パターン形成材料を分散または溶解させた液体材料は、例えば、ハリマ化成製NSP−J(商品名)を用いることができる。
パターン形成材料を分散または溶解させる分散媒または溶媒には、例えば、水の他に、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、n−ヘプタン、n−オクタン、デカン、テトラデカン、トルエン、キシレン、シメン、デュレン、インデン、ジペンテン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、シクロヘキシルベンゼンなどの炭化水素系化合物、またエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、ビス(2−メトキシエチル)エーテル、p−ジオキサンなどのエーテル系化合物、更にプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノンなどの極性化合物を挙げることができる。これらのうち、微粒子の分散性と分散液の安定性、また液滴吐出法への適用のし易さの点で、水、アルコール類、炭化水素系化合物、エーテル系化合物が好ましく、更に好ましい分散媒または溶媒としては、水、炭化水素系化合物を挙げることができる。これらの分散媒または溶媒は、単独でも、あるいは2種以上の混合物としても使用することができる。
本実施形態において、基板30には、ガラス基板、セラミック基板、プラスチック基板など種々の材質で形成された板状部材を用いることができる。
また、基板30は可撓性を有するフィルム材、すなわち、湾曲可能なフィルム材でも良い。この場合、基板30には、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリブチレンテレフタレートフィルム、ポリシクロオレフィンフィルム、2軸延伸ポリプロピレンフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリアミドフィルム、ポリ塩化ビニールフィルム、メタクリル−スチレン樹脂フィルム、ポリイミドフィルム、シリコーン樹脂フィルム、フッ素樹脂フィルムなどの各種プラスチックフィルムを用いることができる。
次に、ヒータ18を所定の温度に加熱し、ステージ14とともに基板30を所定の温度にする。
このとき、基板30は、例えば、60℃にされており、図5(b)に示すように、吐出されたインク40は蒸発していき、このインク40が完全に広がる前に乾燥する。
そして、コーヒーステイン現象により、図5(c)に示すように、凹型の断面形状を有する乾燥体42が形成される。この乾燥体42は、膜厚の高低差が常温の基板にインクを吐出し乾燥して得られる乾燥体に比べて大きい。
そして、冷却ユニット20を、2回目にインク40aを吐出する際の基板30の設定温度になるように、制御部26により温度調節部22を介して、その冷却ユニット20の温度を調節する。
そして、吐出部24と基板30との方向Rにおける相対的な位置を変えながら、基板30にインク40により形成されたパターンと同じ位置に、すなわち、図5(c)に示す乾燥体42の凹部42aにインク40aを吐出する。これにより、図5(d)に示すように、凹部42aがインク40aにより埋められる。
このとき、基板30の温度は、室温程度であるため、蒸発量が小さく、コーヒーステイン現象が生じにくく、インク40aの乾燥後も凹部42aの内側に凹形状を作ることがない。これにより、図5(e)に示すように、乾燥体42の凹部42a内を埋めるような乾燥体44が形成される。このため、細く、かつ厚さが均一な、矩形に近い断面形状の配線部46(図5(e)参照)を有する配線パターンを形成することができる。
本実施形態においては、このように、配線パターンを細くすることにより、高密度な配線が可能になり、さらには、配線パターンの厚さが均一であるため、電流密度が均一になり、断線の可能性も抑制される。
なお、パターン形成装置10においては、ヒータ18の上方に、加熱焼成処理を施すための熱処理ヒータを設ける構成としてもよい。この場合、熱処理ヒータには、急速加熱処理に利用される赤外線ランプ等が用いられる。
また、加熱焼成処理を施すための加熱焼成炉を設けてもよい。この場合、ステージ12から加熱焼成炉に搬送できるように、搬送手段を設けることが好ましい。
これらは、形成するパターン、使用するインクにより変わるものであり、事前に実験をして、1回目のインク40の吐出量(滴下量)および/または吐出密度(滴下密度)に対する、2回目のインク40aの吐出量および/またはおよび吐出密度(滴下密度)を決定しておく。なお、吐出密度(滴下密度)は、吐出周波数により調整することができる。
例えば、図6に示すようなパターン形成装置10aを用いてもよい。このパターン形成装置10aには、図1に示すパターン形成装置10に比して、2つの吐出部24、24aを有し、吐出部24がヒータ18と冷却ユニット20との間に設けられ、吐出部24aが、ヒータ18および冷却ユニット20間とは反対側の冷却ユニット20の端に設けられている点が異なり、それ以外の構成は、図1に示すパターン形成装置10と同様に構成であるため、その詳細な説明は省略する。なお、吐出部24aは、吐出部24と同様の構成を有する。
パターン形成装置10aにおいても、パターン形成装置10aと同様に、図5(a)〜(e)に示す工程により、図5(e)に示すように、細く、かつ厚さが均一な断面形状の配線部46を有する配線パターンを形成することができる。このように、配線パターンを細くすることにより、高密度な配線が可能になり、さらには、配線パターンの厚さが均一であるため、電流密度が均一になり、断線の可能性も抑制される。
これらは、形成するパターン、使用するインクにより変わるものであり、事前に実験をして、1回目のインク40の吐出量(滴下量)および/または吐出密度(滴下密度)に対する、2回目のインク40aの吐出量および/またはおよび吐出密度(滴下密度)を決定しておく。なお、吐出密度(滴下密度)は、吐出周波数により調整することができる。
また、このデバイスを備えた電子機器としては、例えば、テレビ、パソコン、携帯電話、RFIDなどであるが、本発明において、電子機器は、これらに限定されるものではない。
12a、12b ガイド
14 ステージ
16 駆動部
18 ヒータ
20 冷却ユニット
22 温度調節部
24 吐出部(吐出手段)
26 制御部
30 基板
40 金属微粒子分散インク(インク)
42、44 乾燥体
42a 凹部
46 配線部
Claims (9)
- 基板を所定の温度に加熱する第1の工程と、
前記基板を所定の温度に保持しつつ、パターン形成材料を分散または溶解させた液体材料を前記基板上に滴下し、乾燥させる第2の工程と、
前記液体材料を前記所定の温度の基板に滴下させたときの蒸発速度よりも蒸発速度を遅くさせる第3の工程と、
前記液体材料が乾燥してなる乾燥体上に、前記液体材料を滴下する第4の工程とを有することを特徴とするパターン形成方法。 - 前記蒸発速度を遅くさせる第3の工程は、前記基板の温度を前記第2の工程よりも低い温度に下げる工程を備える請求項1に記載のパターン形成方法。
- 前記蒸発速度を遅くさせる第3の工程は、前記乾燥体の湿度を上昇させる工程を備える請求項1に記載のパターン形成方法。
- 前記第2の工程における液体材料の滴下量は、前記第4の工程における液体材料の滴下量と異なる請求項1〜3のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記第2の工程における液体材料の滴下密度は、前記第4の工程における液体材料の滴下密度と異なる請求項1〜4のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記液体材料は、インクジェット方式、またはディスペンサ方式の吐出手段により滴下される請求項1〜5のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記パターン形成材料は、金属、前記金属の酸化物または合金の微粒子である請求項1〜6のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記金属は、金、銀、銅、白金、ニッケル、パラジウムまたはスズである請求項7に記載のパターン形成方法。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載のパターン形成方法を用いて基板にパターンを形成することを特徴とするデバイスの形成方法。
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